枇杷外包装成型机系统设计_毕业论文（设计） .doc

红河学院本科论文（设计）2011年度本科生毕业论文（设计）枇杷外包装成型机系统设计院 系： 工学院机械系 专 业： 机械工程及自动化 年 级： 2007级 学生姓名： 孙 林 学 号： 200703050657 导师及职称： 张文斌（讲师） 2011年5月2011 annual graduation thesis (project) of the college undergraduate design of loquat outer package form machine systemdepartment: mechanical engineering department, engineering college major: mechanical engineering and automation grade: 2007students name: sun jilinstudent no.: 200703050657tutor: lecturer zhang wenbin finished by may, 2011摘 要枇杷外包装成型机系统设计基于枇杷外包装设计，其采用环保类纸浆通过本系统来进行压制成型。本机构根据枇杷外包装的要求来进行相应的设计和达到其预期的要求。枇杷外包装成型机系统具有环保和可更换模具来完成不同产品的压制。这在我国九五规划中能加速我国以纸代塑工程的进程，枇杷外包装成型机系统将是未来纸浆行业里的更好的辅助机构。本机构采用液压系统和plc控制来共同完成压制工作。根据枇杷包装成型机所需的负载来拟定液压系统图，经过计算来确定液压系统的参数。液压技术在我国各领域得到了广泛的运用，且以其他传动控制技术相比，液压系统具有能量密度高，配置灵活，调速范围大，工作稳定，运动性能好，容易过载保护，容易实现自动化机电液一体整合。关键词：压板设计；液压系统 ；机电一体化；plc控制abstract design packaging machine loquat loquat-based packaging design, the use of environmentally friendly type of pulp through the system for pressing.the agencies, according to the requirements of loquat corresponding packaging design and to achieve its intended requirements. loquat packaging machine system is environmentally friendly and can replace the mold to complete the suppression of different products. the body hydraulic system and plc control to work together to complete suppression. the hydraulic technology in china has been widely use, and compared to other transmission control technology, the hydraulic system with high energy density, configuration flexibility, speed range, stable, exercise performance, easy to overload protection, easy to automate integration of electro-hydraulic one. the agencies, according to loquat packaging machine according to the required load, the development of the hydraulic system diagram, has been calculated to determine the parameters of the hydraulic system.keywords: piece design；hydraulic system；mechatronics；plc control linking红河学院本科论文（设计）目录第一章 绪论11.1选题的目的和意义11.2 国内外发展状况11.3 枇杷外包装成型机总体布局概况21.4 运动方案设计31.4.1 设计要求及枇杷包装模型参数3 1.4.2 压板设计6 1.4.3液压系统的设计7 1.4.3.1 机构及液压系统的基本组成7 1.4.3.2 枇杷外包装成型机的基本结构描述81.5 本设计的主要框架结构9第二章 系统分析及传动部分设计102.1工况分析102.2 拟定液压系统原理图132.2.1 确定供油方式152.2.2 自动补油保压回路的设计162.2.3 释压回路的设计162.3 液压缸的计算和确定17 2.3.1 确定液压缸主要参数172.3.2 液压缸实际所需流量计算192.3.3液压缸主要尺寸的确定192.3.4 液压缸的其他设计212.4 确定液压泵规格和驱动电动机功率及其选择232.4.1 液压泵规格分析和选择232.4.2 驱动电动机功率及其选择252.5阀类元件及辅助元件的选择272.6 管道尺寸的确定282.7 液压站结构设计312.8 液压油箱的设计312.8.1 液压油箱有效容积的确定312.8.2.液压油箱的结构设计32第三章 系统中plc控制设计353.1电气控制原理图353.2plc控制的i/o分配363.3 plc控制程序编写373.3.1 plc的选型373.3.2 plc控制梯形图383.3.3 plc控制程序39第四章 结论404.1 全文总结404.2 创新点及本设计存在的不足40参考文献41致谢42红河学院本科论文（设计）第一章 绪论1.1选题的目的和意义科学技术是第一生产力，科技创新是社会进步的源泉。科学技术的发展取代了人类的大部分手工劳动，提高的生产效率。各国之间的较量演变成科技的创新。要提高我国的科技实力增强我国的综合国力我国的发展方向就是要向着机械设备取代人工劳动，让科技带动经济，让经济促进科技的发展。从而让我们国家在世界上立以不拜之地。当今社会随着科技和经济的发展，各种包装形式材料频繁出现。很多有害的、难降解的材料更是数不胜数。而且这一类材料的使用不仅产生了大量的难以降解的白色垃圾而且产生了很多有害的物质。这些有害的垃圾被埋在土里混在水里，不仅造成了土壤资源的污染让农作物植物生长困难，而且影响了地下水的水质。严重危害了人类的健康，危害了地球的健康。在这个物欲横流的社会里，人们对健康的要求越来越高，对生存环境的要求也在逐步提高。而放眼观看我们生存的地球更是不看重负，她受着人类在她肌肤上的肆孽：挖掘，伐木，污水和燃烧的废气物排放等等。本机构的理论意义就是为环境创造一段生存的时间，为环境保护提供一个实际的建议；为中国乃至世界的纸浆行业增添一份光彩；为保护环境献上一份力量；为人类的健康献上一份大礼；为中国的综合国力出一点力。我们的家园需要环保材料和可持续材料进行维护和发展“以纸代塑”已经列入我国包装行业“九五规划”，大力开发应用纸基材料包括纸模制品(包装物正是包装工业落实“九五规划”的一个重点。本机构的现实意义就是把纸浆类材料通过该机构的加工转换成低成本高环保高效益的产品，把枇杷包装顺利快速的压制成型。通过跟换模具就可完成不同产品的压制成型，让其发挥更大的实用经济的价值。1.2 国内外发展状况1 国外纸浆模塑行业的发展概况： 上世纪初，造纸已从传统的作坊式的生产成为世界性的大工业产业。纸浆模塑产品也在这种环境得以发展。目前，法国、美国、13本、加拿大、冰岛、英国、丹麦、新加坡、荷兰等国的纸浆模塑业都已具备了相当的规模。在美国，纸浆模塑制品用纸基本上是，每年用纸大约为45万吨，从l994年开始每年以40的速度增长，2000年已经增长到8l万吨。从l989年开始，美国约有600家工厂生产纸浆、纸和以及相关制品，其中有200家基本上全是利用废纸作为原料，另外300家在生产过程中50%采用废纸。纸浆模塑包装的巨大需求量，已使它成为回收纸张的第三大消费行业。 国内纸浆模塑发展概况： 纸浆模塑工业在我国的发展近二十年。l984年湖南纸浆模塑总厂l000多万元从法国引进一条转鼓式自动纸浆模塑生产线，主要用于鸡蛋托盘的生产，这是中国纸浆模塑的开始。八十年代末，我国开始自行研究纸浆模塑生线。l988年，我国开发出第一条国产的纸浆模塑生产线，主要以禽蛋托、啤酒托、托为主，产品单一，档次较低。九十年代开始，纸浆模塑制品被用于包装农副、家电、电子、等产品。 我国的纸浆模塑技术比较单一，不够成熟。随着纸浆模塑的需求量逐步提高，纸浆模塑技术也要求有更多的完善和更好的设备。纸浆模塑机目前已经出现多种，本机构也将是纸浆模塑机中的一种，不过本机构的创新之处在以它不仅能够完成对枇杷外包装的压制成型外，其另外一个亮点是在上下压板上可以通过更换模具来完成多种产品的压制。1.3 枇杷外包装成型机总体布局概况 本设计采用液压压力机作为压制主体通过按动启动按钮后，压力机自动调整到基准位置，然后在按动压制按钮，纸浆系统开始向模具里注入定量纸浆，其次液压缸上缸工作，快进一定距离后进行工进、保压环节，然后快速退回，下液压在上液压缸退回后开始运行，将压制好的产品顶出，完成压制。2工作流程如下：红河学院本科论文（设计）图1-1 系统总体布局图1.4 运动方案设计1.4.1 设计要求及枇杷包装模型参数设计要求： 枇杷包装设计加工过程：用纸浆为主要原料，加少量辅料，经打浆、注浆、加压、成型、烘干、精整、外表涂以热融性树脂或其他涂料作为防渗层，以此完成产品。本设计的主要完成部分为：注料、加压环节。根据实际需要，枇杷形包装需求把纸浆材料进行压制脱水过程，为保证其压制成品后有足够的强度，能够承受5kg的装载能力，且其手柄部分能够在提拿过程中更稳定。保压时间定为5秒。1 机构能够顺利完成模板更换功能，最好在压板上采用t形设计。2 液压系统设计：基本液压模拟系统设计及其分析；工况分析；各液压元件的选择。3 控制环节：plc编程控制。枇杷包装模型参数：3下图为枇杷外包装设计简图：图1-2 枇杷包装设计简图由图形可知，整个包装分4个部分，分别是盖子、左侧部分、右侧带柄部分、及底座。以下为各部分及相关材料需求计算。由设计所知本包装采用纸浆材料压制，其厚度为5mm，经枇杷包装设计书计算结果盖子预计流量为150ml，左侧压板所需流量为500ml，右侧压板所需流量为800ml，底板所需流量为150ml。 在机构设计的时候，只需设计其中任何一部分的压制机构就可以了，其他部分只要通过更改模具和更换plc控制程序来完成，机构的运动。 4图1-3 包装盖子红河学院本科论文（设计）图1-4 盖子相连接的左半部分5图1-5 右边带柄部分图1-6 底盖1.4.2 压板设计根据设计要求，压板应具有可更换模具的功能故选择t型设计，再由其枇杷包装模具尺寸可确定压板的长宽比例：根据实际压制产品尺寸，横纵向最大尺寸为440mm和449mm，为了增加压板的稳定性故把压板与压力机的4根立柱对应套起来，形成一个滑动机构，使平衡和稳定性更好，其外围延伸尺寸为160，用以四根立柱有足够的扩展尺寸。故加上延伸尺寸得横纵尺寸为600和609。设计图如下：第一章 绪论6图1-7 压板设计图1.4.3液压系统的设计1.4.3.1 机构及液压系统的基本组成1) 动力装置液压泵。它将电动机所输出的机械能转换成液压能，为系统提供压力油液。2) 执行装置液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。73) 控制装置液压阀。通过液压阀的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力、力矩、速度和方向），根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。液压阀根据控制方式的不同分为开关式控制阀、定制控制阀和比例控制阀。根据控制方式不同选用相应的液压阀。 4) 辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等通过这些元件把系统连接起来，以实现各种工作循环。5) 工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，或者3号机油，系统用它来传递能量或信息。6) 负载压板及模具，压板采用t形设计，对更换模具提供便利。 1.4.3.2 枇杷外包装成型机的基本结构描述枇杷外包装成型机机身属于四立柱机身的压力机。机身由上横梁、下横梁和四根立柱组成。液压机的各个部件都安装在机身上，其中上横梁的中间孔安装工作缸，下横梁的中间孔安装顶出缸，顶出缸为微顶，利于顶出产品而不影响模具。工作台面上开有t型槽，用来安装模具，t形槽的目的在于便于更换和拆卸安装模具。活动横梁的四个角上的孔套装在四立柱上，上方和工作缸相连接，由其带动横梁上下运动，横梁下为上压板。下缸与下压板没有直接的连接，其主要功能就是把压制好的产品顶出。机身在液压机工作中承受全部的工作载荷。工作缸采用活塞式双作用缸，当压力油进入工作缸上腔，活塞带动横梁向下运动，其速度慢，压力大，当压力油进入工作缸下腔，活塞向上运动，其速度较快，压力较小，符合一般的慢速压制，快速回程的工艺要求。活动横梁是立柱式液压机的运动部件，位于液压机机身的中间，中间圆孔和上横梁的工作活塞杆连接，四角孔在工作活塞的带动下，靠立柱导向做上下运动。在机身下部设有顶出缸，通过顶杆可以将成型后的产品顶出。液压机的动力部分是高压泵，将机械能转变成液压能，向液压机的工作缸和顶出缸提供高压液体，以此推动活塞杆对外做功。其总体设计如下图：8图1-8 总体设图1.5 本设计的主要框架结构绪论（第一章）传动系统部分设计（第二章）系统中plc控制设计（第三章）结论（第四章）设计主体图1-9 设计的框架结构9第二章 系统分析及传动部分设计第二章 系统分析及传动部分设计 2.1工况分析 本次设计是在毕业做毕业论文时，根据创新基金项目枇杷外包装设计的要求，根据模型所需的工况条件，立式安装的主液压缸活塞杆带动滑块及动横梁在立柱上滑行时，运动部件的质量假设为m=500kg。系统工况情况：上缸工作循环：快进保压快退下缸工作循环：顶出停留快退上缸工况图如下图2-1 上缸工况图10第二章 系统分析及传动部分设计下缸工况图如下图2-2 下缸工况图工况负载：1 工作负载 工作的压制抗力即为工作负载为： ft=1501039.8=1.47106n2 摩擦负载 静摩擦力： ffs=0.25009.8=980n 动摩擦力：ffd=0.15009.8=490n3 惯性负载 : fn=m(v /t )=5000.3/0.2=750n fb=0.51060.024=12000n4 自重: g=mg=5009.8=4900n11以上为液压缸在各工作阶段的负载值：m=0.9，m液压缸的机械效率，一般取0.9-0.97。 表2-1 工作中各阶段的外负载工况负载组成推力f/启动f=fbffsg=8080n8977.8n加速f=fbffdg=7590n9266.7n快进f=fbffdg=7590n8433.3n攻进f=fbffdftg=1477590n1641766.67n快退f=fbffdg=5390n5988.9n第二章 系统分析及传动部分设计2.2 拟定液压系统原理图图2-3 液压系统原理拟定图12表2-2 电磁铁动作表动作总开注料快进保压快退顶出退回1ya 2ya 3ya 4ya 5ya 6ya 7ya 8ya 主缸运动工作循环过程：(1) 总开关启动电磁铁5 5ya和换向阀21 7ya；(2) 注料：8ya通电 注入浆液进入模具；(3) 快速下行。按下起动按钮，电磁铁1ya通电。这时的油路进油路为： 变量泵1换向阀6右位节流阀8压力继电器11和液压缸15 上腔回油路为：液压缸下腔15 已打开的液控单向阀7换向阀6右位电磁阀5背压阀4油箱 油路分析 ：变量泵1的液压油经过换向阀6的右位，液压油分两条油路：一条油路通过节流阀7流经继电器11，另一条直接流向液压缸的上腔和压力表。使液压缸的上腔加压。液压缸15下腔通过液控单向阀7经过换向阀6的右位流经背压阀，再流到油箱。因为这是背压阀产生的背压使接副油箱旁边的液控单向阀7打开，使副油箱13的液压油经过副油箱旁边的液控单向阀14给液压缸15上腔补油。使液压缸快速下行，另外背压阀接在系统回油路上，造成一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。(4) 保压时的油路：13油路分析：当上腔快速下降到一定的时候，压力继电器11发出信号，使换位阀6的电磁铁1ya断电，换向阀回到中位，液压系统保压。而液压泵1在电磁阀6处于中位时，直接通过背压阀直接回到油箱。(5) 回程时的油路：液压缸上腔进油路为： 变量泵1换向阀6左位液控单向阀7液压油箱15下腔液压缸上腔回油路为： 液压缸上腔液控单向阀14副油箱13 液压缸上腔节流阀8换向阀6左位电磁阀5背压阀4油箱油路分析：当保压到一定的时候，时间继电器发出信号，使换向阀6的电磁铁2ya通电，换向阀接到左位，变量泵1的液压油通过换向阀旁边的液控单向阀流到液压缸的下腔，而同时液压缸上腔的液压油通过节流阀(电磁铁6ya第二章 系统分析及传动部分设计接通)，上腔油通过换向阀10接到油箱，实现释压，另外一部分油通过主油路的节流阀流到换向阀6，再通过电磁阀5，背压阀4流回油箱。实现释压。顶出液压缸运动工作循环(1) 向上顶出 当电磁铁3ya通电 ，5ya失电，三位四道换向阀6处于中位时，此时顶出缸的进油路为：变量泵1溢流阀20换向阀19右位下液压缸下腔(2) 停留 计时器计时顶出5s停留5s。(3) 向下退回 当计时结束时，即操作员取下产品时，启动开关，使电磁阀4ya 通电（3ya断电），阀19换左位，压力油进入顶出缸上腔，其下腔回油，滑块下移。进油路：下液压缸上腔阀19左位油箱2.2.1 确定供油方式14 考虑到压力机在工作给时需要承受较大的工作压力，系统功率也较大，现采用轴向柱塞泵63scy141b，实物图如下图图2-4 轴向柱塞泵其具有将32mpa压力的纯净液压油输入到各种油压机、液动机等液压系统中，以生产巨大的工作动力，以柱塞泵结构紧凑，效率高，工作压力高，流量调节方便。 2.2.2 自动补油保压回路的设计 保压回路的功用是使系统在液压缸不动或因工件变形而产生微小位移的工况下能保持稳定不变的压力。保压回路主要分 辅助泵保压回路，液控单向阀保压回路，蓄能器保压回路，压力补偿变量泵保压回路四种基本回路。考虑到设计要求，保压时间要达到5s，压力稳定性好。选用液控单向阀保压回路，则保压时间较长，压力稳定性高，选用m型三位四通换向阀，利用其中位滑阀机能，使液压缸两腔封闭，系统不卸荷。设计了自动补油回路，且保压时间由电气元件时间继电器控制。此回路完全适合于保压性能较高的高压系统。15 自动补油的保压回路系统图的工作原理：按下启动按钮，电磁铁1ya通电，电磁换向阀6右位接入系统，油液一部分压力油通过节流调速阀8进入主缸上腔；另一部分油液将液控单向阀7打开，使主缸下腔回油，主缸活塞带动上滑块快速下行，主缸上腔压力降低，其顶部充液箱的油经液控单向阀14向主缸上腔补油。当主缸活塞带动上滑块接触到被压制工件时，主缸上腔压力升高，液控单向阀14关闭，充液箱不再向主缸上腔供油，且液压泵流量自动减少，滑块下移速度降低，慢速加压工作。当主缸上腔油压升高到压力继电器11的动作压力时，压力继电器发出信号，使电磁阀1ya断电，换向阀6切换成中位；这时液压泵卸荷，液压缸由换向阀m型中位机能保压。同时压力继电器还向时间继电器发出信号，使时间继电器开始延时。保压时间由时间继电器在5s调节。2.2.3 释压回路的设计释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放，以免它突然释放时产生很大的液压冲击。一般液压缸直径大于25mm、压力高于7mpa时，其油腔在排油前就先须释压。根据生产实际的需要，选择用节流阀的释压回路。其工作原理：当保压延时结束后，时间继电器发出信号，使电磁阀6ya通电，二位二通电磁换位阀10处于下位，从而使主缸上腔压力油液通过节流阀9，电磁阀10，与油箱连通，从而使主缸上腔油卸压，释压快慢由节流阀调节。当此腔压力降至压力继电器的调节压力时，换位阀6切换至左位，液控单第二章 系统分析及传动部分设计向阀7打开，使液压缸上腔的油通过三位四通电磁阀6，二位二通电磁阀5，和顺序阀4排到液压缸顶部的充液箱13中去，此时主缸快速退回。使用这种释压回路无法在释压前完全保压，释压前有保压要求时的换向阀也可用y型，并且配有其它的元件。机器在工作的时候，如果出现机器被以外的杂物或工作卡死，这是泵工作的时候，输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压泵及液压元件的安全，在泵出油处加一个直动式溢流阀3，起安全阀的作用，当泵的压力达到溢流阀的导通压力时，溢流阀打开，液压油流回油箱，起到安全保护作用。在液压系统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的平稳性，提高加工零件的精度。2.3 液压缸的计算和确定2.3.1 确定液压缸主要参数16 按液压系统初选工作压力为25mpa，根据快进和快退的速度要求，采用单杆活塞液压缸。快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现，这种情况下液压缸无杆腔工作面积a1应为有杆工作面积a2的6倍，即活塞杆直径d与缸桶直径d满足的关系。 快进时候，液压缸回油路上必须具备背压p2，防止上压板由于自重而下滑，根据液压系统设计简明手册表2-2中，可取p2=1mpa，快进时，液压缸是做差动连接，但由于油管中有压降p1mpa,快退时，回油腔是有背压的，这时p2按2mpa来估算。图2-5 单活塞杆液压缸计算示意图 (2-1)p1液压缸工作腔的压力 pap2液压缸回油腔的压力 pa故 a1=f/m/(p1-p2/6)=(1501039.8)/(25-2/6)0.9106 =0.02194m2 (2-2)17 (2-3) (2-4)当按gb234880将这些直径圆换成标准值时得：d=32mm，d=28mm由此求得液压缸面积的实际有效面积为：第二章 系统分析及传动部分设计 a1=d2/4=0.0803m2 (2-5) a2=(d2d2)/4=0.01884m2 (2-6)2.3.2 液压缸实际所需流量计算1 工作快速空程时所需的流量: (2-7) 液压缸容积效率，取cv=0.96 (2-8)2 工作缸压制时所需流量 (2-9)3 工作缸回程时所需流量 (2-10)2.3.3液压缸主要尺寸的确定1) 液压缸壁厚和外径尺寸的计算 液压缸的壁厚一般指钢筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时候可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。18 液压缸的内径d与其壁厚的比值d/10的圆筒成为薄壁圆筒。工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒，其壁厚按薄壁圆筒的计算公式计算/（pyd）/2 设计过程：液压缸壁厚mm； 液压缸内径mm； py实验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)mpa； 钢筒材料的许用应力，无缝钢管： =100110mpa；py=18.41.25=23mpa 则在中低压液压系统中，按上式计算所得液压取=35 缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往不够，如在切削过程中的变形、安装变形引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。 液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径d1为 d1 /d2=320235=390mm (2-12)1) 液压缸工作行程的确定 液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参阅液压系统设计简明手册中的系列尺寸来选取标准值。 液压缸工作行程选 l=500mm 2) 最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离h称为最小导向长度，如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。 对一般的液压缸，最小导向长度h应满足以下要求： 设计计算过程第二章 系统分析及传动部分设计19 (2-13)式中 l液压缸的最大行程； d液压缸的内径。 活塞的宽度b一般取b=(0.61)d:缸盖滑动支承面的长度l1，根据液压缸内径d而定； 当d80mm时，取l1=(0.61)d。为保证最小导向长度h，若过分增大l1和b都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套k来增加h的值。隔套的长度c由需要的最小导向长度h决定，即c=h-1/ 2( l1+b) (2-14） 滑台液压缸：最小导向长度h：h/500/20320/2=185mm取 h=200mm活塞宽度：b=0.6d=192mm缸盖滑动支承面长度：0.6d=168mm隔套长度： c=2401/2(192168)=60mm所以无隔套液压缸缸体部分长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。液压缸：缸体内部长度l=bl=192+500=692mm。2.3.4 液压缸的其他设计 液压缸主要尺寸确定后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件的不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。20设计计算过程：1) 缸体与缸盖的连接形式缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。本次设计中采用半环连接(因其工作压力p20mpa)如下图所示 图2-6 半环连接方式缸体与缸盖外半环连接方式的优点： 1) 结构较简单 2) 加工装配方便 缺点： 1) 外径尺寸大 2) 钢筒开槽，削弱了强度，需增加缸壁厚活塞与活塞杆的连接结构 参阅液压系统设计简明手册，本设计采用组合式结构中的螺纹连接。如下图所示： 图2-7 螺纹连接 特点：21 结构简单，在振动的工作条件下容易松动。必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。 第二章 系统分析及传动部分设计活塞杆导向部分的结构1) 活塞杆导向部分的结构包括活塞杆与端盖、导向套的结构，及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便可以更换，所以运用较普遍。导向套的位置可安装在密封圈得内侧，也可安装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套润滑；而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。、 参阅液压系统设计简明手册采用导向套导向的结构形式，其特点为：导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便可以更换，导向套也可用耐磨材料。盖与杆的密封常采用v形、v形密封装置。密封可靠实用以中高压液压缸。防尘式常采用j形或三角形防尘装置活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处的密封圈得选用，根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。参阅液压系统设计简明手册在本次设计中采用o形密封圈2.4 确定液压泵规格和驱动电动机功率及其选择2.4.1 液压泵规格分析和选择1 液压泵规格分析 由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为25mpa，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为1mpa（含回油路上的压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为： 上述所得的 p是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力储备量，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力 pn应满足：22液压泵的最大流量应为： 式中 q液压泵的最大流量 同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量23l/min。kl系统泄漏系数，一般取kl=1.11.3，现取kl=1.1。2 选择液压泵的规格 由于液压泵系统的工作压力高，负载压力大，功率大。大流量。所以选轴向柱塞变量泵。诸塞变量泵实用于负载大，功率大的机械设备，柱塞式变量泵有以下特点：1) 工作压力高。因为柱塞与缸孔容易加工，尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达的工作压力一般为(200400)105pa，最高可达到1000105pa。2) 流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量便增大。3) 改变柱塞的行程就能改变流量，容易制造成各种变量型。4) 柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。根据以上算出得q和p在查阅手册机械设计手册,现选用63ycy141b，排量63ml/r，额定压力32mpa，额定转速1500r/min,驱动功率59.2kw，容积效率92%，重量71kg，容积效率达92%。3 液压泵的安装方式液压站装置包括不同类型的液压泵、驱动电机及其联轴器等。其安装方式为立式和卧式两种。1) 立式安装 将液压泵和与之相连接的油管放在液压油箱内，这种结构型式紧凑、美观、同时电机与液压泵的同轴度能保证。吸油条件好，漏油可直接回液压油箱，并节省占地面积。安装维修不方便，散热条件不好。2) 卧式安装 液压泵及管道都安装在液压油箱外面，安装维修方便、散热条第二章 系统分析及传动部分设计23件好，但有时电机与液压泵的同轴度不易保证。考虑到维修，散热等方面的要求，本设计采用卧式联接。4 液压泵结构设计的注意事项1) 液压装置中各部件、元件的布置均匀、便于装配、调整、维修和使用，并且要适当地注意外观的整齐和美观。2) 考虑液压油箱的大小与刚度。液压泵与电机装在液压油箱的盖子上或装在液压油箱之外。3) 在阀类元件的布置中，行程阀的安放位置必须靠近运动部件。手动换向阀必须靠近操作部位。换向阀之间应留有一定的轴向距离，以便进行手动调整或拆装电磁铁。压力表及其开关应布置在便于观察和调整的地方。4) 液压泵与机床相连的管道一般都先集中连到机床的中间接头上，然后再分别通向不同部件的各个执行机构中去，这样做有利于搬运，拆装和维修。5) 硬管应贴地或沿着机床外形壁面安设。相互平行的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。随工作部件运动的管道可采用软管、伸缩管或弹性管。软管安装时应避免发生扭转，影响使用寿命。2.4.2 驱动电动机功率及其选择1) 电机功率分析及选择 电机的选择范围包括：电机种类、类型、容量、额定电压、额定转速及其各项经济指标。而且对这些参数要综合进行考虑。 选择电机的容量是电力传动系统能否经济和可靠运行的重要问题。如果电机容量大小，长期处于过载运行，造成电机绝缘过早地损坏；如果容量过大，不仅造成设备上的浪费，而且运行效率低，对电能的利用不经济。因此，选择电机时，首先应是在各种工作方式下选择电机的容量。根据前面要求出来的电机的功率可以得出液压泵需要37.29kw以上功率的电机。根据一般设计的需要，一般采用y系列小型笼型异步电机。24由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的供油压力值为26mpa，流量为已选定泵的流量值。p液压泵的总效率。柱塞泵为0.820.85，取 选用1000r/min的电动机，则驱动电机功率为：np=pq/p=80.4510-326106/(600.82)=18.37kw根据查表查出电机型号为y180m-4，其额定功率为18.5kw故选择电动机 y180m4。表2-3 电机型号及参数电机参数型号功率p（kw）额定频率（hz）额定电压（v）效率数据 y180m-418.550380电机采用b级绝缘。外壳防护等级为ip44。冷却方式为ico141即全封闭自扇冷式。电机的基本安装、结构型式：b3型：机座带底脚、端盖无凸缘；b5型：机座不带底脚，端盖有绝缘；b35型：机座带底脚，端盖有凸缘。电机额定电压为380v，额定频率为50hz。2) 电动机与液压泵的联接方式 电动机与液压泵的联结方式分为法兰式、支架式和支架法兰式。1 法兰式 液压泵安装在法兰上，法兰再与带法兰盘的电机联结，电机与液压泵依靠法兰盘上的止口来保证同轴度。这种结构拆装很方便。 2 支架式 液压泵直接装在支架的止口里，然后依靠支架的底面与地板相连，再与带底座的电机相连。这种机构对于保证同轴度比较困难（电机与液压泵的同轴度0.05）。为了防止安装误差产生振动，常用带有弹性的联轴器。25 3 法兰支架式 电机与液压泵先以法兰联结，法兰再与支架联接，最后支架再装在底板上。它的优点是大底板不用加工，安装方便，电机与液压泵的同第二章 系统分析及传动部分设计轴度靠法兰盘上的止口来保证。 本设计采用法兰式支架式联结。同时考虑本设计中的电机与与液压泵的联接在安装时产生同轴度误差带来的不良影响，常用带有弹性的联轴器。为了增加电机与液压泵的联接刚性，避免产生共振，本设计把液压泵和电机先装在刚性较好的底板上使其成为一体，然后底板加垫再装到液压油箱盖上。2.5阀类元件及辅助元件的选择1 对液压阀的基本要求：1) 动作灵敏，使用可靠，工作冲击和震动小。油液流过时压力损失小。2) 密封性好。结构紧凑，安装，调整，使用，维护方便，通用性大。2 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格 主要依据是根据阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需要考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格： 表2-4 液压机液压系统中控制阀和部分辅助元件的型号规格系号元件名称估计通过流量（l/min）型号规格1斜盘式柱塞泵156.863scy141b32mpa，驱动功率59.2kw2wu网式滤油器160wu-16018040通经，压力损失0.01mpa3直动式溢流阀120dbt1/315g2410通经，32mpa，板式连接4背压阀80yf3-10b10通经，21mpa，板式连接5二位二通手动电磁阀8022ef-e10b266三位四通电磁阀10034dob10ht10通经，压力3.5mpa，7液控单向阀80yaf3-e610b32通经，32mpa8节流阀80qff3-e10b10通经，16mpa9二位二通电磁阀3022ef3b-e10b6通经，20mpa10压力继电器dp1-63b8通经，10.535mpa11压力表开关kfl8-30e32mpa，6测点12油箱13液控单向阀yaf3-e610b32通经，32mpa14上液压缸15下液压缸16单向节流阀48alf3-e10b10通经，16mpa17三位四通电磁换向阀2534do-b10h -t 18减压阀40jf3-10b2.6 管道尺寸的确定 油管系统中使用的油管种类很多，有钢管，铜管，尼龙管，塑料管，橡胶管等。必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为本设计压力较高，p=31.25mpa（p6.3mpa），钢管能够承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲，常在拆装方便处用作压力管道中，高压用无缝钢管，低压采用焊接管。本设计中的弯曲处采用管接头来完成。27 尼龙管用在低压系统中；塑料管一般用在回油管中。 胶管用在连接两个相对运动部件间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用以压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或者棉丝编织体为骨架的胶管，多用以压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。1 管接头的选用：管接头是油管与油管，油管与液压元件之间的可拆式连接件，它必须具有拆装方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小，流通能力大，压降小、工艺性好等各种条件。 管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见连接方式有： 焊接式管接头、卡套式管接头、扣押式管接头、固定铰链管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺